JP3935348B2 - Heat exchange tube and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

A metallic heat exchanger tube, especially for vaporizing liquids comprising pure materials and mixtures on the outside of the tube, comprises integral ribs (3) on the outside of the pipe, which have a foot (13) that extends radially from the pipe wall (18). Grooves between the ribs have cut-outs in the base. The cut-outs are in the form of cut-back secondary grooves (7).

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1の上位概念に記載の金属製の熱交換管、特に純物質または混合物から成る液体を蒸発させるための金属製の熱交換管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
蒸発は、冷凍技術および空調技術の多くの分野、ならびにプロセス技術およびエネルギー技術で行われる。このような技術では管形熱交換器が使用されることが多く、管形熱交換器では、純物質または混合物の液体が管外面で蒸発し、その際管内面で塩性水または水が冷却される。このような装置は満液式蒸発器と呼ばれる。
【0003】
管外面および内面での熱伝達を増大させることにより、蒸発器のサイズを著しく小さくすることができる。これによりこの種の装置の製造コストが低下する。さらに、必要な冷媒充填量が減少する。冷媒は、今日主に使用される、塩素を含んでいない安全冷媒の場合、設備コスト全体において無視できないほどの割合のコストを占めることがある。また、有毒な冷媒または燃焼性の冷媒の場合には危険率を低下させることができる。今日慣用されている高性能管は、同径の平滑な管に比べてほぼ3ファクタだけ性能が優れている。
【0004】
本発明は、管外面の熱伝達係数を増大させるようにした構造化管に関するものであるが、この種の構造化管においては、熱貫流抵抗の主成分が内面へ移動することが多いので、通常は内面の熱伝達係数も増大させねばならない。管内面の熱伝達が増大すると、通常は管側の圧力降下が増大する結果になる。
【0005】
管形熱交換器用の熱交換管は、通常、少なくとも1つの構造化された領域と、平滑な端部部材と、場合によっては平滑な中間部材とを有している。平滑な端部部材または中間部材は構造化された領域を画成している。管を管形熱交換器内に交換可能に取付けできるようにするには、構造化された領域の外径が平滑な端部部材および中間部材の外径よりも大きいようであってはならない。
【0006】
蒸発の際の熱伝達を増大させるため、泡沸騰の過程を増強させる。泡の形成が核生成個所ではじまることは知られている。この核生成個所は、ほとんどの場合小さなガス含有部または蒸気含有部である。このような核生成個所は、すでに表面を粗くさせることにより生成させることができる。成長する泡が一定の大きさに達すると、泡は表面から解離する。泡の解離に引き続いて核生成個所に液体が流れ込んでくると、場合によってはガス含有部または蒸気含有部は液体によって排除される。この場合核生成個所は非活性になる。これは核生成個所を適当に構成することにより回避することができる。このためには、核生成個所の開口部がこの開口部の下にある中空空間よりも小さいことが必要である。
【0007】
従来の技術によれば、この種の構造は一体にローリングしたフィン付き管をベースにして製造される。一体にローリングしたフィン付き管とは、フィンを平滑管の壁材から成形させたフィン付きの管である。この場合種々の方法が知られているが、フィンの間にある管路を閉鎖させて、管路と周囲との間の連通部を穴またはスリットの形状で残しておくものである。穴またはスリットの開口部は管路の幅よりも小さいので、管路は適当に成形された中空空間であり、泡核生成個所の形成と安定化を好都合にさせる。特に、実質的に閉じたこの種の管路には、フィンを湾曲または折り曲げることにより生成させるもの(US3.696.861,US5.054.548)、フィンを裂開して圧縮することにより生成させるもの(DE2.758.526,US4.577.381)、フィンにノッチを形成して圧縮することにより生成させるもの(US4.660.630,EP0.713.072,US4.216.826)がある。
【0008】
市場で入手できる満液式蒸発器用の高性能フィン付き管は、フィン外面に、フィン密度が1インチあたり55個ないし60個のフィン構造を有している(US5.669.441,US5.697.430,DE19757526)。これはほぼ0.45mmないし0.40mmのフィンピッチに相当している。より高いフィン密度またはより小さなフィンピッチによりこの種の管の性能を改善させることが可能である。これにより泡核生成個所密度が大きくなるからである。フィンピッチをより小さくさせるには、一様に微細なツールがどうしても必要である。しかし微細なツールは破損する危険性が高く、急速に磨耗する。最近使用されているツールは、フィン密度が最大で1インチあたり60個のフィン付き管の確実な製造を可能にする。さらに、フィンピッチが減少するにつれて管の生産速度は遅くなり、結果的に製造コストを増大させる。
【0009】
フィンの間の溝の底を利用することにより、管外面でのフィン密度を一様にさせた高性能の蒸発構造を生成できることは知られている。EP0.222.100では、ノッチディスクを用いて溝の底に凹みを備えさせることが提案されている。溝底の凹みはV字状、台形状、或いは半円状の横断面を有し、補助的な泡核生成個所を成す。しかしながら、この種の構造により特に熱流束の小さな領域で得ることのできる性能の向上は、決して市場の要請に十分なものではない。また、凹みは管のコア壁を弱化させ、管の機械的安定性を減少させる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、管側の熱伝達および圧力降下が同じで、同じ製造コストで製造される、管外面で液体を蒸発させるための高性能熱交換管を提供することである。また、管の機械的安定性に悪影響を与えないようにすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この課題は、フィンの間にねじ線状に延びている一次溝の溝底の領域に繰り抜き部が配置されている上記種類の熱交換管において、本発明によれば、前記繰り抜き部が凹角の二次溝の形状に形成されていることによって解決される。
【0012】
凹角の溝(図1を参照)が存在するのは、
−切断面に、閉じていない領域Xが見出される場合であって、
−この領域Xを区間ABによって閉鎖できる場合、しかも
−前記領域Xの縁の一部であるP,Qを含む区間PQが見出され、その結果PQがABに対し平行で、PQの長さがABの長さよりも長い場合、
である。
【0013】
凹角の二次溝は、EP0.222.100で提案されている簡素な凹みに比べて、泡核生成個所の形成と安定化に対し明らかに好都合な条件を提供する。凹角の二次溝は一次溝底の近くに位置しているが、これは蒸発プロセスにとって特に好都合である。というのは、溝底においては壁の温度過昇が最大になっており、それ故そこでは泡形成促進温度差が最大になっているからである。
【0014】
請求項2ないし15は、本発明による熱交換管の有利な実施形態に関わる。
【0015】
本発明によれば、適当な補助ツールによってフィンを成形した後、材料をフィン側面の領域から溝底のほうへ排除し、その結果そこには完全に閉じていない中空空間が発生し、これらの中空空間が所望の凹角の二次溝を成す。中空空間は一次溝底からフィン先端部のほうへ延びており、この場合中空空間の拡がりは最大でフィンの高さHの45%以下、典型的にはフィンの高さHの20%以下である。フィンの高さHとは、最大ローリングディスクによって成形された溝底の最も深い位置から、完全に成形されたフィン付き管のフィン先端部までを測ったものである。
【0016】
さらに、請求項16ないし22によれば、本発明による熱交換管を製造するための種々の方法も本発明の対象である。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図2ないし図7に図示した一体にローリングされたフィン付き管1は、管外面においてねじ線状に周回しているフィン3を有し、これらのフィン3の間に一次溝4が形成されている。フィン側面5の材料は適当に移動せしめられ、その結果溝底6の領域に、完全に閉じていない中空空間7が生じ、この中空空間7が本発明による凹角の二次溝である。フィン先端部8の材料は、フィン中間空間が穴26を除いて閉じられて管路9を形成するように移動せしめられる。
【0019】
本発明によるフィン付き管の製造は、図2、図4、図6に図示した装置を用いてローリング過程(US1.865.575、US3.327.512を参照)により行なわれる。
【0020】
使用する装置は、n=3または4個のツールホールダ10から成り、これらのツールホールダ10にはそれぞれローリングツール11が組み込まれている。ツールホールダ10はフィン付き管の周囲にそれぞれ360゜/nだけずらして配置されている。ツールホールダ10は半径方向に位置調整可能である。またツールホールダ10は定置のローリングヘッド(図示せず)内に配置されている。
【0021】
矢印方向に装置内に走入する平滑管2は、その周囲に配置され駆動されるローリングツール11によって回転せしめられ、この場合ローリングツール11の軸線は管軸線に対し傾斜して延びている。ローリングツール11は、公知の態様で、互いに並設される複数個のローリングディスク12からなり、ローリングディスク12の径は矢印方向に増大している。中央に配置されているローリングツール11は、平滑管2の管壁から、ねじ線状に延びるフィン3を成形し、この場合管壁は成形ゾーンにおいてローリングマンドレル27によって下から支持される。ローリングマンドレル27は異形であってよい。隣接する2つのフィンの中心の、管軸線に沿う方向に測った間隔を、フィンピッチTと記すことにする。ローリングディスクは、成形されたフィン3がほぼ台形状の横断面を有するように外周を異形にされている。フィンは、フィン側面5と溝底6の移行領域13においてのみ理想的な台形形状とは異なっている。この移行領域13は通常フィンの足と呼ばれるものである。そこに形成された半径は、フィンを成形する間材料の支障のない流動を可能にするために必要である。
【0022】
ローリングツール11によりほぼ台形状のフィン3を成形した後、一次溝4の溝底6の領域に、本発明による凹角の二次溝7を生成させる。この場合3つの異なる実施形態を適用することができる。
【0023】
実施形態1
ローリングツール11の最後のディスクの後には筒状のディスク14があって係合しており、その径は最も大きなローリングディスク(図2)の径よりも小さい。この筒状のディスク14の厚さDは、ローリングディスク12によって成形された一次溝14の幅Bよりもいくぶん大きい。なお一次溝4の幅Bは、フィン側面5がフィン足部13の半径領域へ移行している個所で測ったものである。典型的には、筒状のディスクの厚さDはフィンピッチTの50%ないし80%である。筒状のディスク14は材料をフィン側面5から溝底6のほうへ排除する。排除された材料は、ツールの幾何学的形状を適宜選定することにより移動して、溝底6の上方に材料突起15を形成し、したがって溝底6に直接、完全に閉じていない中空空間7が生じる(図3)。この中空空間7はほぼ均一な横断面で周方向に延びている。中空空間7は本発明による凹角の二次溝である。
【0024】
ディスク14の側面に、該ディスクの周に沿って、完全に凹の異形部または部分的に凹の異形部を備えさせると、フィン側面5の材料の排出を好都合にさせるので合目的であることが判明した。
【0025】
筒状のディスク14の径はローリングツール11の最大のローリングディスクの径よりも小さいので、一次の溝底6の最も深い個所は筒状のディスク14により加工されない。したがって、凹角の二次溝7の成形時に管壁18が弱化することはない。
【0026】
実施形態2
この実施形態は、実施形態1の拡張形である。本第2実施形態では、筒状のディスク14の後に歯車状のノッチディスク16があって係合しており、その径は筒状のディスク14の径よりも大きいが、しかしたかだかローリングツール11の最大のローリングディスクの径の大きさである。筒状のディスク14によって成形され、周方向において均一な横断面を持って延びている中空空間は、ノッチディスク16により、周方向に規則的に配置される凹み17に分割される。これにより、周方向に周回する凹角の二次溝7が生じ、その横断面は規則的な間隔で変化している(図5)。ノッチディスク16は直線状に歯形化されていても、また傾斜して歯形化されていてもよい。
【0027】
歯車状のノッチディスク16の径はローリングツール11の最大のローリングディスクの径よりも大きくないので、一次の溝底6の最も深い個所は歯車状のノッチディスク16によりそれ以上深くなることはない。したがって、本実施形態2による凹角の二次溝7の成形時に管壁18が弱化することはない。
【0028】
実施形態3
ローリングツール11の最後のディスクの後に歯車状のノッチディスク19があって係合しており、ノッチディスク19の径はたかだか最大のローリングディスクの径と同じである(図6)。ノッチディスク19の厚さD’は、ローリングディスク12によって成形された一次溝4の幅Bよりもいくぶん大きい。なお一次溝4の幅Bは、フィン側面5がフィン足部13の半径領域へ移行する個所で測ったものである。典型的には、このノッチディスクの厚さD’はフィンピッチTの50%ないし80%である。ノッチディスク19は直線状に歯形化されていても、また傾斜して歯形化されていてもよい。ノッチディスク19はフィン側面5の領域とフィン足部13の半径領域とから材料を排除して、そこに互いに間隔を持って位置する凹み20を残す。排除された材料は、有利には個々の凹み20の間の非加工領域へ変位し、その結果そこに一次溝4に対し横方向にフィン3の間に延びるように刻印された堰き止め部21が生じる。径が一定の次の仕上げローリングディスク22は、この堰き止め部21の上部領域を管周方向において成形し、その結果堰き止め部21の成形された上部領域23と溝底6との間に、2つの隣接する堰き止め部21の間に位置するように小さな中空空間7が形成される(図7)。これらの中空空間7は本発明による凹角の二次溝である。仕上げローリングディスク22の径はベースノッチディスク19の径よりも小さく選定する必要がある。
【0029】
歯車状のノッチディスク19の径はローリングツール11の最大のローリングディスクの径よりも大きくないので、一次の溝底6の最も深い個所は歯車状のノッチディスク19によりそれ以上深くなることはない。したがって、本実施形態3による凹角の二次溝7の成形時に管壁18が弱化することはない。
【0030】
凹角の二次溝7を溝底8に生成させた後、歯車状のノッチディスク24を用いてフィン先端部8にノッチを形成させる。これを図2、図4、図6に図示した。次に、1個または複数個のフラットニングローラ25によって、ノッチを形成させたフィン先端部を平坦にさせる。このようにしてフィン3はほぼT字状の横断面になり、フィン3の間の溝9は穴26を除いて閉鎖される(図3、図5、図7を参照)。
【0031】
完成したフィン付き管1のフィンの高さHを、溝底6の最も深い個所から完全に成形されたフィン付き管のフィン先端部まで測定する。
【0032】
本発明に従って一次溝4の溝底6に形成させた凹角の二次溝7は、溝底6からフィン先端部のほうへ延在しており、この場合その拡がりは最大でフィンの高さHの45%まで、典型的にはフィンの高さHの20%までである。
【0033】
図8は、本発明に従って溝底6に形成した凹角の二次溝7の写真である。断面は、管の周方向に対し垂直な方向である。この写真は実施形態1による一例である。構造が非対称になっているのが認められるが、これはツールの寸法および素材の寸法の避け難い公差によるものである。突起15は、フィン側面5から溝底6のほうへ移動した材料から成っている。
【0034】
図9は、管外面の冷凍剤R−134aを蒸発させる際の、構造化された2本の管の性能を比較したもので、2本の管のうち一方の管は溝底に凹角の二次溝を備えている。図は、外側の熱伝達係数と熱流束との関係を示している。この場合の飽和温度は14.5℃である。図からわかるように、溝底の凹角の二次溝により、熱流束が小さい場合には30%以上、熱流束が大きい場合にはほぼ20%の性能上の利点が達成される。
【0035】
溝底に凹角の二次溝を備えた構造は、EP0.522.985にも提案されている。しかしながら、この場合の構造は管の内面にある。この種の管の機械的安定性を、特に管を拡開する際に保証するためには、二次溝は可能な限り平坦に構成されていなければならない。これは、前記EP0.522.985に記載されているように、二次溝の鋭角の形状により達成される。管側面の冷凍剤を蒸発させると、管内部には通常管外面よりも高い圧力が支配する。内圧の負荷で、二次溝の鋭角の縁のノッチ作用のために、管の壁に対する機械的荷重が大きくなる。これはより肉厚の管壁により補償されねばならない。しかしながら、このセーフティマージンは材料の使用量を増大させ、よって高コスト化させる。
【0036】
【発明の効果】
本発明が提案するように、フィン付き管の外面の一次溝底6の領域に凹角の二次溝7を形成させると、管壁8の弱化は起こらない。というのは、二次溝7の形成のために、フィン側面5の領域の材料、および場合によっては溝底6上方の半径領域13の材料だけが使用されるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】凹角の溝の基本構成図である。
【図2】管外面にほぼ一定の横断面でねじ線状に周回している凹角の二次溝を備えた本発明による熱交換管の製造方法を概略的に示した図である。
【図3】ほぼ一定の横断面でねじ線状に周回している凹角の二次溝を備えた本発明による熱交換管の部分図である。
【図4】ねじ線状に周回している凹角の二次溝を備え、該二次溝の横断面が規則的な間隔で変化している本発明による熱交換管の製造方法を概略的に示した図である。
【図5】ねじ線状に周回している凹角の二次溝を備え、該二次溝の横断面が規則的な間隔で変化している本発明による熱交換管の部分図である。
【図6】一次溝の方向に対しほぼ横方向に延びている凹角の二次溝を備えた本発明による熱交換管の製造方法を概略的に示した図である。
【図7】一次溝の方向に対しほぼ横方向に延びている凹角の二次溝を備えた本発明による熱交換管の部分図である。
【図8】溝底においてほぼ一定の横断面でねじ線状に周回している本発明による凹角の二次溝の写真である。
【図9】溝底に設けた凹角の二次溝による性能上の利点を照明するグラフである。
【符号の説明】
1 フィン付き管
2 平滑管
3 フィン
4 一次溝
5 フィン側面
6 溝底
7 二次溝
8 フィン先端部
12 ローリングディスク
13 フィン足部
14 筒状のディスク
16 ノッチディスク
19 ノッチディスク
20 凹み
22 仕上げローリングディスク
24 ノッチディスク
25 フラットニングローラ
27 ローリングマンドレル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal heat exchange tube according to the superordinate concept of claim 1, and more particularly to a metal heat exchange tube for evaporating a liquid composed of a pure substance or a mixture.
[0002]
[Prior art]
Evaporation takes place in many areas of refrigeration technology and air conditioning technology, as well as process technology and energy technology. In such a technique, a tube heat exchanger is often used. In the tube heat exchanger, a pure substance or a liquid mixture evaporates on the outer surface of the tube, and salt water or water is cooled on the inner surface of the tube. Is done. Such an apparatus is called a full liquid evaporator.
[0003]
By increasing the heat transfer on the outer and inner tube surfaces, the evaporator size can be significantly reduced. This reduces the manufacturing cost of this type of device. Furthermore, the required refrigerant charge is reduced. In the case of a safe refrigerant not containing chlorine, which is mainly used today, the refrigerant may occupy a cost that cannot be ignored in the overall equipment cost. Further, in the case of a toxic refrigerant or a flammable refrigerant, the risk factor can be reduced. High performance tubes used today are superior in performance by almost three factors compared to smooth tubes of the same diameter.
[0004]
The present invention relates to a structured tube that increases the heat transfer coefficient of the outer surface of the tube, but in this type of structured tube, the main component of the heat flow resistance often moves to the inner surface. Usually, the heat transfer coefficient of the inner surface must also be increased. Increasing heat transfer on the tube inner surface usually results in increased pressure drop on the tube side.
[0005]
Heat exchange tubes for tubular heat exchangers typically have at least one structured region, a smooth end member, and possibly a smooth intermediate member. The smooth end member or intermediate member defines a structured area. In order for the tube to be replaceable in the tubular heat exchanger, the outer diameter of the structured area should not be greater than the outer diameter of the smooth end member and intermediate member.
[0006]
In order to increase heat transfer during evaporation, the bubble boiling process is enhanced. It is known that bubble formation begins at nucleation sites. This nucleation site is most often a small gas or vapor containing part. Such nucleation sites can already be generated by roughening the surface. When the growing bubble reaches a certain size, the bubble dissociates from the surface. When the liquid flows into the nucleation site following the dissociation of the bubbles, in some cases, the gas-containing part or the vapor-containing part is excluded by the liquid. In this case, the nucleation site becomes inactive. This can be avoided by appropriately configuring the nucleation site. For this purpose, it is necessary that the opening of the nucleation site is smaller than the hollow space under the opening.
[0007]
According to the prior art, this type of structure is manufactured on the basis of a finned tube that is rolled together. The finned tube rolled integrally is a finned tube obtained by molding a fin from a wall material of a smooth tube. Various methods are known in this case, but the pipe line between the fins is closed to leave the communication part between the pipe line and the periphery in the form of a hole or a slit. Since the opening of the hole or slit is smaller than the width of the conduit, the conduit is a suitably shaped hollow space that favors the formation and stabilization of the bubble nucleation site. In particular, this kind of closed conduit is produced by bending or bending the fin (US 3.696.861, US 5.054.548), produced by tearing and compressing the fin. (DE 2.758.526, US 4.577.381), and those generated by forming notches in the fins and compressing them (US 4.660.630, EP 0.713.072, US 4.216.826) is there.
[0008]
High performance finned tubes for full-vapor evaporators available on the market have a fin density of 55 to 60 fins per inch on the fin outer surface (US5.669.441, US5.6977). 430, DE 19757526). This corresponds to a fin pitch of approximately 0.45 mm to 0.40 mm. Higher fin density or smaller fin pitch can improve the performance of this type of tube. This is because the density of bubble nucleation sites is increased. To make the fin pitch smaller, a uniform and fine tool is absolutely necessary. However, fine tools have a high risk of breakage and wear quickly. Recently used tools allow reliable production of up to 60 finned tubes per inch with fin densities up to. Furthermore, as the fin pitch is reduced, the production rate of the tube is reduced, resulting in increased manufacturing costs.
[0009]
It is known that by using the bottom of the groove between the fins, it is possible to produce a high-performance evaporation structure with a uniform fin density on the outer surface of the tube. EP 0.222.100 proposes using a notch disk to provide a recess at the bottom of the groove. The recess at the bottom of the groove has a V-shaped, trapezoidal or semicircular cross-section and forms an auxiliary bubble nucleation site. However, the performance gains that can be obtained with this type of structure, especially in the low heat flux region, are never sufficient for market demand. The recess also weakens the core wall of the tube and reduces the mechanical stability of the tube.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a high performance heat exchange tube for evaporating liquid on the outer surface of a tube that has the same heat transfer and pressure drop on the tube side and is manufactured at the same manufacturing cost. It is also to avoid adversely affecting the mechanical stability of the tube.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in the heat exchange pipe of the above type, in which the drawing-out portion is arranged in the region of the groove bottom of the primary groove extending in a threaded manner between the fins, the drawing-out portion is The problem is solved by forming the concave groove in the shape of a secondary groove.
[0012]
Recessed grooves (see Figure 1) are present
-When an unclosed region X is found in the cut plane,
-If this region X can be closed by the section AB, and-the section PQ including P and Q that are part of the edge of the region X is found, so that PQ is parallel to AB and the length of the PQ Is longer than the length of AB,
It is.
[0013]
Recessed secondary grooves provide clearly favorable conditions for the formation and stabilization of bubble nucleation sites compared to the simple recesses proposed in EP 0.222.100. The concave secondary groove is located near the primary groove bottom, which is particularly advantageous for the evaporation process. This is because at the bottom of the groove, the wall overheating is at its maximum, and therefore the bubble formation promoting temperature difference is at its maximum.
[0014]
Claims 2 to 15 relate to advantageous embodiments of the heat exchange tube according to the invention.
[0015]
According to the present invention, after forming the fin with a suitable auxiliary tool, the material is removed from the region of the fin side towards the groove bottom, resulting in a hollow space that is not completely closed, these The hollow space forms a secondary groove having a desired concave angle. The hollow space extends from the primary groove bottom toward the fin tip, and in this case the expansion of the hollow space is at most 45% or less of the fin height H, typically 20% or less of the fin height H. is there. The fin height H is measured from the deepest position of the groove bottom formed by the largest rolling disk to the fin tip of the completely formed finned tube.
[0016]
Furthermore, according to claims 16 to 22, various methods for producing the heat exchange tubes according to the invention are also the subject of the invention.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0018]
The integrally rolled finned tube 1 shown in FIGS. 2 to 7 has fins 3 that circulate in a threaded manner on the outer surface of the tube, and a primary groove 4 is formed between the fins 3. Yes. The material of the fin side surface 5 is moved appropriately, resulting in a hollow space 7 which is not completely closed in the region of the groove bottom 6, which is a concave secondary groove according to the invention. The material of the fin tip 8 is moved so that the fin intermediate space is closed except for the hole 26 to form the conduit 9.
[0019]
The production of the finned tube according to the invention is carried out by means of a rolling process (see US 1.865.575, US 3.327.512) using the apparatus illustrated in FIGS.
[0020]
The apparatus to be used consists of n = 3 or 4 tool holders 10, and a rolling tool 11 is incorporated in each of these tool holders 10. The tool holders 10 are arranged around the finned tube so as to be shifted by 360 ° / n. The tool holder 10 can be adjusted in the radial direction. The tool holder 10 is disposed in a stationary rolling head (not shown).
[0021]
The smooth tube 2 that runs into the apparatus in the direction of the arrow is rotated by a rolling tool 11 that is arranged and driven around it, and in this case, the axis of the rolling tool 11 extends obliquely with respect to the tube axis. The rolling tool 11 includes a plurality of rolling disks 12 arranged in parallel with each other in a known manner, and the diameter of the rolling disk 12 increases in the direction of the arrow. The rolling tool 11 arranged in the center forms fins 3 extending in a threaded manner from the tube wall of the smooth tube 2, in which case the tube wall is supported from below by a rolling mandrel 27 in the forming zone. The rolling mandrel 27 may be irregular. The interval measured in the direction along the tube axis line between the centers of two adjacent fins will be referred to as a fin pitch T. The rolling disk has an outer periphery that is shaped so that the molded fin 3 has a substantially trapezoidal cross section. The fin differs from the ideal trapezoidal shape only in the transition region 13 between the fin side surface 5 and the groove bottom 6. This transition region 13 is usually called a fin foot. The radius formed there is necessary to allow an unobstructed flow of the material during molding of the fin.
[0022]
After forming the substantially trapezoidal fin 3 with the rolling tool 11, the concave secondary groove 7 according to the present invention is generated in the region of the groove bottom 6 of the primary groove 4. In this case, three different embodiments can be applied.
[0023]
Embodiment 1
A cylindrical disk 14 is engaged after the last disk of the rolling tool 11 and its diameter is smaller than the diameter of the largest rolling disk (FIG. 2). The thickness D of the cylindrical disk 14 is somewhat larger than the width B of the primary groove 14 formed by the rolling disk 12. The width B of the primary groove 4 is measured at a location where the fin side surface 5 has shifted to the radial region of the fin foot portion 13. Typically, the thickness D of the cylindrical disk is 50% to 80% of the fin pitch T. The cylindrical disk 14 removes material from the fin side surface 5 toward the groove bottom 6. The rejected material is moved by appropriate selection of the tool geometry to form a material projection 15 above the groove bottom 6 and thus a hollow space 7 that is not completely closed directly on the groove bottom 6. (FIG. 3). The hollow space 7 extends in the circumferential direction with a substantially uniform cross section. The hollow space 7 is a concave secondary groove according to the present invention.
[0024]
Providing the side surface of the disk 14 with a completely concave profile or a partially concave profile along the circumference of the disk is expedient because it facilitates the discharge of the material of the fin side 5 There was found.
[0025]
Since the diameter of the cylindrical disk 14 is smaller than the diameter of the largest rolling disk of the rolling tool 11, the deepest portion of the primary groove bottom 6 is not processed by the cylindrical disk 14. Accordingly, the tube wall 18 is not weakened when the concave secondary groove 7 is formed.
[0026]
Embodiment 2
This embodiment is an extension of the first embodiment. In the second embodiment, there is a gear-shaped notch disk 16 after the cylindrical disk 14 and the diameter thereof is larger than the diameter of the cylindrical disk 14, but at most the rolling tool 11 has a diameter. It is the size of the diameter of the largest rolling disc. A hollow space formed by the cylindrical disk 14 and extending with a uniform cross section in the circumferential direction is divided by the notch disk 16 into dents 17 regularly arranged in the circumferential direction. As a result, a concave secondary groove 7 that circulates in the circumferential direction is generated, and its cross section changes at regular intervals (FIG. 5). The notch disk 16 may be linearly toothed or inclined and toothed.
[0027]
Since the diameter of the gear-shaped notch disk 16 is not larger than the diameter of the largest rolling disk of the rolling tool 11, the deepest portion of the primary groove bottom 6 is not deepened further by the gear-shaped notch disk 16. Therefore, the tube wall 18 is not weakened when forming the concave secondary groove 7 according to the second embodiment.
[0028]
Embodiment 3
A gear-shaped notch disk 19 is engaged after the last disk of the rolling tool 11, and the diameter of the notch disk 19 is at most the same as the diameter of the largest rolling disk (FIG. 6). The thickness D ′ of the notch disk 19 is somewhat larger than the width B of the primary groove 4 formed by the rolling disk 12. The width B of the primary groove 4 is measured at a location where the fin side surface 5 moves to the radial region of the fin foot 13. Typically, the thickness D ′ of this notch disk is 50% to 80% of the fin pitch T. The notch disk 19 may be linearly toothed or inclined and toothed. The notch disk 19 removes material from the area of the fin side surface 5 and the radius area of the fin foot 13 and leaves indentations 20 that are spaced apart from each other. The rejected material is preferably displaced into the unmachined area between the individual recesses 20, so that a dam 21 is stamped there so as to extend between the fins 3 in a direction transverse to the primary groove 4. Occurs. The next finishing rolling disk 22 having a constant diameter forms the upper region of the damming portion 21 in the pipe circumferential direction, and as a result, between the shaped upper region 23 of the damming portion 21 and the groove bottom 6, A small hollow space 7 is formed so as to be positioned between two adjacent damming portions 21 (FIG. 7). These hollow spaces 7 are secondary grooves having a concave angle according to the present invention. The diameter of the finishing rolling disk 22 needs to be selected smaller than the diameter of the base notch disk 19.
[0029]
Since the diameter of the gear-shaped notch disk 19 is not larger than the diameter of the largest rolling disk of the rolling tool 11, the deepest portion of the primary groove bottom 6 is not further deepened by the gear-shaped notch disk 19. Therefore, the tube wall 18 is not weakened when forming the concave secondary groove 7 according to the third embodiment.
[0030]
After the concave secondary groove 7 is formed in the groove bottom 8, a notch is formed in the fin tip 8 using a gear-shaped notch disk 24. This is illustrated in FIG. 2, FIG. 4 and FIG. Next, the tip of the fin in which the notch is formed is flattened by one or a plurality of flattening rollers 25. In this way, the fins 3 have a substantially T-shaped cross section, and the grooves 9 between the fins 3 are closed except for the holes 26 (see FIGS. 3, 5, and 7).
[0031]
The fin height H of the completed finned tube 1 is measured from the deepest part of the groove bottom 6 to the fin tip of the completely shaped finned tube.
[0032]
The concave secondary groove 7 formed in the groove bottom 6 of the primary groove 4 according to the present invention extends from the groove bottom 6 toward the tip of the fin, and in this case, the expansion is maximum and the fin height H is increased. Up to 45%, typically up to 20% of the fin height H.
[0033]
FIG. 8 is a photograph of the concave secondary groove 7 formed in the groove bottom 6 according to the present invention. The cross section is a direction perpendicular to the circumferential direction of the tube. This photograph is an example according to the first embodiment. It can be seen that the structure is asymmetric, due to unavoidable tolerances in tool dimensions and material dimensions. The protrusion 15 is made of a material moved from the fin side surface 5 toward the groove bottom 6.
[0034]
FIG. 9 compares the performance of two structured tubes when evaporating the freezing agent R-134a on the outer surface of the tube, and one of the two tubes has two concave corners at the groove bottom. The next groove is provided. The figure shows the relationship between the outer heat transfer coefficient and the heat flux. The saturation temperature in this case is 14.5 ° C. As can be seen, the concave secondary groove at the bottom of the groove achieves a performance advantage of 30% or more when the heat flux is small and nearly 20% when the heat flux is large.
[0035]
A structure having a concave secondary groove at the groove bottom is also proposed in EP 0.522.985. However, the structure in this case is on the inner surface of the tube. In order to ensure the mechanical stability of this type of tube, especially when expanding the tube, the secondary groove must be configured as flat as possible. This is achieved by the acute angle shape of the secondary groove, as described in EP 0.522.985. When the freezing agent on the side surface of the tube is evaporated, a pressure higher than that of the outer surface of the tube is usually dominant inside the tube. With internal pressure loading, the mechanical load on the tube wall increases due to the notch action of the sharp edge of the secondary groove. This must be compensated by the thicker wall. However, this safety margin increases the amount of material used and thus increases costs.
[0036]
【The invention's effect】
As proposed by the present invention, if the concave secondary groove 7 is formed in the region of the primary groove bottom 6 on the outer surface of the finned tube, the tube wall 8 is not weakened. This is because only the material in the region of the fin side surface 5 and possibly the material in the radial region 13 above the groove bottom 6 is used for forming the secondary groove 7.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a recessed groove.
FIG. 2 is a view schematically showing a method of manufacturing a heat exchange tube according to the present invention, which has a concave secondary groove having a substantially constant transverse cross-section and spirally wound around the outer surface of the tube.
FIG. 3 is a partial view of a heat exchange tube according to the present invention with a concave secondary groove that circulates in a threaded manner with a substantially constant cross-section.
FIG. 4 schematically shows a method of manufacturing a heat exchange tube according to the present invention, comprising a secondary groove having a concave angle that circulates in a threaded manner, and the cross section of the secondary groove changes at regular intervals. FIG.
FIG. 5 is a partial view of a heat exchange tube according to the present invention comprising a secondary groove having a concave angle that circulates in a threaded manner, and the cross section of the secondary groove changes at regular intervals.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a method of manufacturing a heat exchange tube according to the present invention having a recessed secondary groove extending substantially transversely to the direction of the primary groove.
FIG. 7 is a partial view of a heat exchange tube according to the present invention with a recessed secondary groove extending substantially transversely to the direction of the primary groove.
FIG. 8 is a photograph of a concave secondary groove according to the present invention that is spirally wound with a substantially constant cross section at the groove bottom.
FIG. 9 is a graph illuminating the performance advantage of a recessed secondary groove provided at the groove bottom.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tube with fin 2 Smooth tube 3 Fin 4 Primary groove 5 Fin side surface 6 Groove bottom 7 Secondary groove 8 Fin tip 12 Rolling disk 13 Fin foot 14 Cylindrical disk 16 Notch disk 19 Notch disk 20 Recess 22 Finish rolling disk 24 notch disk 25 flattening roller 27 rolling mandrel

Claims (15)

管外面に成形された一体のフィン(3)を備え、その足部(13)がほぼ半径方向へ管壁(18)から突出し、前記フィンは略T字状の横断面を有しそのフィン(3)の間に延びている一次溝(4)の溝底(6)の領域に繰り抜き部が設けられている金属製の熱交換管、特に純物質または混合物から成る液体を蒸発させるための金属製の熱交換管において、
前記繰り抜き部が凹角の、略一定の横断面とした二次溝(7)の形状に形成されているとともに、前記フィン(3)と一次溝(4)がねじ線状に延びていることを特徴とする金属製の熱交換管。
An integral fin (3) molded on the outer surface of the tube, with its foot (13) projecting from the tube wall (18) in a substantially radial direction, said fin having a substantially T-shaped cross-section; 3) a metal heat exchange tube provided with a withdrawal portion in the region of the groove bottom (6) of the primary groove (4) extending between 3), in particular for evaporating a liquid consisting of a pure substance or a mixture In metal heat exchange tubes,
The withdrawal part is formed in the shape of a secondary groove (7) having a substantially constant transverse section with a concave angle, and the fin (3) and the primary groove (4) extend in a threaded shape. A metal heat exchange tube.
凹角の二次溝(7)がほぼ一定の横断面で一次溝(4)の方向に延びていることを特徴とする請求項1に記載の金属製の熱交換管。2. A metal heat exchange tube according to claim 1, characterized in that the concave secondary groove (7) extends in the direction of the primary groove (4) with a substantially constant cross section. 一次溝(4)の方向に延びている凹角の二次溝(7)の横断面が規則的な間隔で変化していることを特徴とする請求項1に記載の金属製の熱交換管。2. The metal heat exchange tube according to claim 1, wherein the cross section of the concave secondary groove extending in the direction of the primary groove changes at regular intervals. 凹角の二次溝(7)の拡がりが最大でフィンの高さ(H)の45The maximum width of the concave secondary groove (7) is 45, which is the height of the fin (H). %% 以下であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。The metal heat exchange tube according to any one or more of claims 1 to 3, wherein: 凹角の二次溝(7)の拡がりが最大でフィンの高さ(H)の20The maximum expansion of the concave secondary groove (7) is 20 of the fin height (H). %% 以下であることを特徴とする請求項4に記載の金属製の熱交換管。The metal heat exchange tube according to claim 4, wherein: フィン(3)が一様な高さ(H)を有していることを特徴とする請求項1から5までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。The metal heat exchange tube according to any one or more of claims 1 to 5, wherein the fins (3) have a uniform height (H). フィン先端部(8)にノッチが形成されていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。The metal heat exchange tube according to any one or more of claims 1 to 5, wherein a notch is formed in the fin tip (8). 平滑な端部および/または平滑な中間領域を有していることを特徴とする請求項1から7までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。8. The metal heat exchange tube according to claim 1, wherein the metal heat exchange tube has a smooth end portion and / or a smooth intermediate region. 継ぎ目のない管として形成されていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。9. The metal heat exchange tube according to claim 1, wherein the metal heat exchange tube is formed as a seamless tube. 縦シーム溶接管として形成されていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか一つまたは複数に記載の金属製の熱交換管。9. The metal heat exchange tube according to claim 1, wherein the metal heat exchange tube is formed as a vertical seam welded tube. 請求項1に記載の熱交換管の製造方法において、In the manufacturing method of the heat exchange pipe | tube of Claim 1,
a)ローリング工程により管壁から外側へ材料を排除することによりフィン材を獲得し、生じたフィン付き管(1)をローリング力により回転させ、および/または、生じたフィンに応じて前進させることによって、平滑管(2)の外表面にねじ線状に延びるフィン(3)をローリング成形し、その際フィン(3)を、高さを増大させながら非成形平滑管(2)から成形するステップと、a) Obtaining fin material by removing material from the tube wall to the outside by a rolling process, rotating the resulting finned tube (1) by rolling force and / or advancing according to the resulting fin Rolling the fin (3) extending in a threaded manner on the outer surface of the smooth tube (2), and forming the fin (3) from the non-formed smooth tube (2) while increasing the height. When,
b)平滑管(2)をその中にあるローリングマンドレル(27)によって支持させるステップと、b) supporting the smooth tube (2) by a rolling mandrel (27) therein;
c)フィン(3)を成形した後、半径方向の圧力によって材料をフィン側面(5)から溝底(6)のほうへ、および/または、フィン足部の移行領域(13)から溝底(6)のほうへ移動させて、凹角の二次溝(7)を形成させるステップと、c) after molding the fin (3), the material is moved by radial pressure from the fin side (5) towards the groove bottom (6) and / or from the fin foot transition region (13) ( 6) moving to the direction of forming a concave secondary groove (7);
d)他の半径方向の圧力によりフィン先端部(8)を少なくとも1つのフラットニングローラ(25)を用いて平坦にさせて、略T字状の横断面を生じさせるステップと、d) flattening the fin tip (8) with other radial pressures using at least one flattening roller (25) to produce a substantially T-shaped cross section;
を実施するようにした前記製造方法。The manufacturing method described above.
請求項2に記載の熱交換管を製造するための請求項11に記載の製造方法において、In the manufacturing method of Claim 11 for manufacturing the heat exchange pipe | tube of Claim 2,
ステップc)における半径方向の圧力を筒状のディスク(14)を用いて生じさせ、  Generating a radial pressure in step c) using a cylindrical disc (14);
その径は最大のローリングディスク(12)の径よりも小さく、その厚さ(D)はフィンピッチ(T)の少なくとも50Its diameter is smaller than the diameter of the largest rolling disc (12) and its thickness (D) is at least 50 of the fin pitch (T). %% でたかだか80Up to 80 %% であることを特徴とする製造方法。The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
請求項3に記載の熱交換管を製造するための請求項12に記載の製造方法において、In the manufacturing method of Claim 12 for manufacturing the heat exchange pipe | tube of Claim 3,
ステップc)に引き続いてステップd)を行ない、ステップd)において、歯車状のノ  Subsequent to step c), step d) is carried out. ッチディスク(16)を用いて他の半径方向の圧力により溝底(6)を部分的に成形して、周方向に規則的に互いに間隔を持って位置する凹み(17)を生じさせ、前記ノッチディスク(16)の径は筒状のディスク(14)の径よりも大きく、しかし最大でも最大のローリングディスク(12)の径と同じ大きさであることを特徴とする製造方法。The groove bottom (6) is partially shaped by other radial pressures using the disc disk (16) to produce recesses (17) that are regularly spaced from each other in the circumferential direction, A manufacturing method, characterized in that the diameter of the disk (16) is larger than the diameter of the cylindrical disk (14), but is at most as large as the diameter of the largest rolling disk (12).
それぞれ直線状または傾斜して波形化されたノッチディスク(16Notch discs (16 ,, 19)を使用することを特徴とする請求項13に記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 13, wherein 19) is used. 請求項7に記載の熱交換管を製造するための請求項12から14までのいずれか一つに記載の製造方法において、In the manufacturing method as described in any one of Claim 12-14 for manufacturing the heat exchange pipe | tube of Claim 7.
他のステップe)において、フィン先端部(8)に歯車状のノッチディスク(24)を用いて半径方向の圧力によりノッチを形成させることを特徴とする製造方法。  In another step e), a notch is formed by radial pressure using a gear-shaped notch disk (24) at the fin tip (8).
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